KR20060048224A - 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기 - Google Patents

블레이드 셀-캠 샤프트 조정기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 블레이드 홈 내부에 삽입되어 방사형으로 돌출하는 다수의 블레이드를 구비하여 캠 샤프트와 연결될 수 있는 회전자, 및 고정자를 포함하며, 하나의 블레이드 홈은 홈 측면, 홈 바닥 그리고 상기 홈 측면을 후방에서 절단하면서 라운딩 처리된 상기 홈 측면과 상기 홈 바닥 사이의 천이 영역을 포함하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기에 관한 것으로, 본 발명에서는 상기 라운딩 처리된 천이 영역이 적어도 부분적으로는 상기 홈 바닥 (17, 35) 을 후방에서 절단하는 원호 부 (18, 19, 33, 34) 로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

블레이드 셀-캠 샤프트 조정기 {REGULATOR FOR BLADE CELLS-CAM SHAFTS}
도 1 는 블레이드가 삽입된 회전자 및 고정자를 구비한 종래의 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기의 개략도.
도 2 는 도 1의 블레이드 홈 영역을 확대 도시한 부분 확대 단면도.
도 3 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 캠 샤프트 조정기의 블레이드 홈을 도시한 개략도.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 캠 샤프트 조정기의 블레이드 홈을 도시한 개략도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기 2: 고정자
3: 회전자 4, 14, 25: 블레이드 홈
5: 블레이드 6: 돌출부
7: 힘 8: 토크
9, 11: 반력
10, 12, 15, 16, 26, 27: 홈 측면 13, 17, 35: 홈 바닥
18, 19, 33, 34: 원호 부 20: 홈 폭
21: 수평 간격 22, 23: 수직 간격
24, 32, 36: 반경 28, 29: 하중 경감 절단면
30, 31: 홈 측면의 끝 37: 홈 높이
본 발명은 블레이드 홈 내부에 삽입되어 방사형으로 돌출하는 다수의 블레이드를 구비하여 캠 샤프트와 연결될 수 있는 회전자, 및 고정자를 포함하며, 하나의 블레이드 홈이 홈 측면, 홈 바닥 그리고 상기 홈 측면을 후방에서 절단하면서 라운딩 처리된 상기 홈 측면과 상기 홈 바닥 사이의 변환 영역을 포함하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기에 관한 것이다.
캠 샤프트 조정기는 밸브를 개방 또는 폐쇄하기 위한 제어 시간을 변동시키기 위해서 사용된다. 상기 조정기에 의해서는, 캠 샤프트와 상기 캠 샤프트를 구동시키는 크랭크 샤프트 사이의 고정된 각 관계 (angle relation) 가 무효로 되고, 제어 시간이 회전수 및 추가의 파라미터에 따라서 최적으로 조절될 수 있다. 캠 샤프트 조정기는 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 상대적인 회전을 가능케 한다.
공지된 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기는 방사형으로 돌출하는 다수의 블레이드를 구비한 회전자를 포함하고, 상기 블레이드는 스프링력에 의해서 방사 방향 외부로, 고정자 하우징을 향하여 가압된다. 상기 고정자에는 방사 방향 내부로 돌출하는 다수의 스토퍼 (Stopper) 가 형성되어 있으며, 상기 스토퍼는 블레이드가 상기 스토퍼를 향해 작동될 때 회전자의 조정 동작을 2가지 회전 방향으로 제한한다. 블레이드의 정면 에지가 고정자에 인접함으로써, 각각 하나의 블레이드 측면과 고정자 스토퍼의 이웃하는 측면 사이에 챔버가 형성되고, 상기 챔버 내부로는 유체, 일반적으로는 엔진 오일이 상기 캠 샤프트 조정기에 할당된 밸브를 통해 이송된다. 고정자는 한편으로는 상기 유체 챔버의 분리 및 밀봉을 위해서 이용되고, 다른 한편으로는 캠 샤프트와 크랭크 샤프트 사이의 조정각을 결정하기 위해서 이용된다.
회전자 내부로 전달된 토크 (torque) 는 홈 내부에 삽입된 블레이드를 통해 고정자에서 지지되고, 고정자 챔버 내부의 오일 쿠션에서는 유압식으로 지지된다. 상기 토크에 의해서 블레이드 상에 작용하는 힘은 회전자 홈 내부에서 반력을 야기한다. 한 가지 힘은 회전자 외부 직경에 있는 홈 에지에서 작용하고, 관련 반력은 홈 바닥에 있는 반대편 홈 측면에서 작용한다. 상기 힘들은 홈 측면이 홈 바닥으로 변환되는 2개의 천이부에서 조합된 인장- 및 굽힘 하중을 야기한다. 홈 측면이 홈 바닥으로 변환되는 천이부의 에지 영역에서는, 노치 효과 (notch effect) 에 의해서 동적인 응력 집중이 발생된다. 이와 같은 이유에서, 통상적인 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기의 경우에는 천이 영역이 라운딩 처리됨으로써, 상기 천이 영역은 홈 측면을 후방에서 절단하게 된다. 하지만 그럼에도 불구하고, 통상의 작동 부하에서는 사용된 제작 재료에 대해서 임계적일 수 있는 상당한 응력이 에지 영역에서 발생된다.
본 발명의 목적은, 응력이 보다 적게 발생되는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기를 제공하는 것이다.
상기 목적에 도달하기 위해, 서문에 언급된 유형의 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기에서는 본 발명에 따라, 라운딩 처리된 천이 영역이 적어도 부분적으로는 홈 바닥을 후방에서 절단하는 원호 부로 형성되는 것이 제안된다.
본 발명에 따른 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기에서는, 홈 바닥이 평평하게 형성되지 않고, 오히려 에지 영역이 홈 바닥을 후방에서 절단하는 원호 부로 형성된다. 다만 홈 바닥의 중간 영역만 평평한데, 그 이유는 그곳에 스프링이 지지되기 때문이다. 본 발명에 따른 해결책은, 다만 약간의 제조 기술적인 변동만이 필요하다는 장점을 갖는다. 블레이드 홈의 최적의 횡단면에 의해 하중이 특히 천이 영역에서 감소될 수 있으므로, 보다 높은 가격의 제작 재료가 필요치 않게 되고, 그 결과 비용적인 절감이 이루어진다.
본 발명에 따른 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기에서는, 홈 바닥으로부터 홈 측면의 하단부까지의 간격 대 홈 폭의 비율이 0.4 ~ 0.55, 특히 거의 0.48 일 수 있다. 이와 같은 파라미터에 의해, 천이 영역에서의 응력 집중은 이미 상당히 감소될 수 있다. 홈 폭이 충분하게 주어짐으로써, 블레이드 홈 내부로 삽입된 블레이드는 발생되는 힘들을 견딜 수 있게 된다.
본 발명에 따른 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기에서는, 원호 부의 반경이 홈 바닥으로부터 홈 측면의 하단부까지의 간격의 0.5배 ~ 0.6배인 것이 특히 바람직하다. 특별히 상기 반경은 상기 간격의 0.56배일 수 있다.
상기 홈의 대칭선으로부터 한 원호 부의 중심점까지의 수평 간격이 홈 폭의 0.3배 ~ 0.4배인 것도 제안될 수 있다. 특히 바람직한 값은 0.35이다.
본 발명에 따른 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기에서는, 원호 부의 중심점으로부터 홈 바닥까지의 수직 간격이 상기 원호 부의 반경의 0.90배 ~ 0.99배일 수 있다. 특히 바람직한 값은 0.95 이다. 기술된 구조적인 값들 및 파라미터들은 고정된 한계가 아니며, 상기 값들 및 파라미터들에 의해서 바람직한 응력 감소가 나타날 수 있다면 변동 가능하다.
본 발명에 따른 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기에서는, 홈 측면이 하중 경감 절단면을 갖는 경우에는 발생되는 응력이 추가적으로 최적의 상태로 될 수 있다. 이와 같은 본 발명의 실시예에서는 구조적인 최적화가 라운딩 처리된 천이 영역에만 한정되지 않는데, 그 이유는 홈 측면도 마찬가지로 최적의 형상을 가지기 때문이다. 상기 하중 경감 절단면에 의해서는, 상부 홈 에지로부터 시작되는 힘 흐름이 회전자의 중심 방향으로 가면서 추가의 원호에서 약간 방향 전환됨으로써, 홈 바닥에서는 높은 응력 집중이 전혀 발생되지 않는다. 발생되는 힘 및 응력이 상기 하중 경감 절단면에 의해서 보다 균일하게 분배됨으로써, 재료 하중은 감소된다.
상기 하중 경감 절단면이 홈 측면의 홈 바닥측 단부로부터 이격되는 것이 특히 바람직하다. 그럼으로써 블레이드가 홈의 외측 상단부에 인접하고, 또한 블레이드가 홈 바닥 근처의 라운딩 처리된 영역과 하중 경감 절단면 사이에서 홈 측면에 인접함으로써, 상기 블레이드는 홈 내부에서 가이드 된다.
특별한 효과를 나타내는 응력 감소는, 본 발명에 따른 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기의 하중 경감 절단면이 적어도 부분적으로 원호 부로 형성될 때 달성될 수 있다. 원호 부를 사용하는 경우에는, 응력 상승을 야기할 수 있는 에지가 불필요하게 된다.
본 발명의 추가 실시예에서, 상기 하중 경감 절단면의 홈 바닥측 단부는 홈 측면에 대해 거의 수직으로 진행하고, 상기 하중 경감 절단면의 반대편 단부는 홈 측면에 대해 접선 방향으로 신장되어 있다. 회전자가 이와 같이 구성된 경우에는, 응력이 더욱 상당히 감소될 수 있다.
원호 부가 하중 경감 절단면의 원호 부 내부로 접선 방향으로 삽입되도록, 홈 바닥 영역에서의 상기 원호 부의 반경을 선택하는 것도 제안될 수 있다. 그에 상응하게, 2개 원호 부의 에지를 처리하면 규정된 반경을 갖는 포락선(envelope)이 설정될 수 있다.
최적의 응력 비율은, 하중 경감 절단면 영역에서의 원호 부의 반경이 홈 높이의 0.75배 ~ 0.85배일 때 달성될 수 있다. 특히 바람직한 값은 0.81 이다.
본 발명에 따른 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기에서는, 홈 바닥 영역에서의 원호 부의 반경이 하중 경감 절단면 영역에서의 원호 부의 반경의 약 0.20배 ~ 0.28배일 수 있다. 특히 바람직한 값은 0.24 이다.
도 1 은 블레이드 홈 (4) 내부에 삽입된 다수의 블레이드 (5) 를 갖는 회전자 (3) 및 고정자 (2) 를 포함하는 종래의 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기 (1) 를 보여준다.
고정자 (2) 가 체인 구동부 또는 벨트 구동부의 부분이므로, 체인 또는 벨트를 이용하여 이루어지는 크랭크 샤프트의 회전은 고정자 (2) 및 회전자 (3) 를 통 해 캠 샤프트로 전달된다. 고정자 (2) 는 블레이드 (5) 용 스토퍼 (Stopper) 로서 이용되는 돌출부 (6) 를 포함한다. 도 1 에서 블레이드 (5) 는 최종 위치에 있다. 회전자 (3) 내부에서 각 블레이드 홈 (4) 의 좌측 및 우측에는 보어가 존재하며, 상기 보어를 통해 유체가 상기 블레이드 (5) 옆에 있는 챔버 내부로 유입되거나 또는 상기 챔버로부터 배출될 수 있다. 유입 또는 배출되는 상기 유체에 의해서 회전자 (3) 와 고정자 (2) 사이의 상대적인 회전 및 그와 더불어 연소 엔진의 캠 샤프트와 크랭크 샤프트 사이의 상대적인 회전이 이루어진다.
상기 블레이드 (5) 에는 화살표로 표시된 힘 (7) 이 작용하며, 회전자 (3)의 샤프트에 작용하는 토크 (8) 가 상기 힘에 대항하여 반대로 작용한다.
도 2는 도 1의 블레이드 홈 (4) 영역을 부분적으로 확대하여 보여준다.
상기 블레이드 (5) 상에 작용하는 힘은 홈 측면 (10) 의 외측 단부에서 반력 (9) 을 야기한다. 그와 동시에 추가의 반력 (11) 이 반대편의 홈 측면 (12) 에서 야기된다. 홈 측면 (10, 12) 이 홈 바닥 (13) 으로 변환되는 천이 영역에서는 상기 힘들 (9, 11) 이 조합된 인장- 및 굽힘 하중을 야기한다. 홈 바닥 (13) 과 홈 측면 (10, 12) 사이의 천이 영역이 홈 측면에서는 후방 절단부로서 형성되었으나, 제작 재료의 에지 영역, 특히 도 2의 좌측에 도시된 에지에서는 매우 높은 응력이 발생된다.
도 3 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 캠 샤프트 조정기의 블레이드 홈을 보여준다.
도 2 에 따른 종래의 블레이드 홈의 외부 윤곽은 도 3 에서 비교를 목적으로 파선으로 도시되었다.
도 3 에 도시된 블레이드 홈 (14) 의 경우에는, 홈 측면 (15, 16) 과 홈 바닥 (17) 사이의 라운딩 처리된 천이 영역이 원호 부 (18, 19) 로 형성되어 있으며, 이 원호 부는 홈 바닥 (17) 을 적어도 부분적으로 후방에서 절단한다. 계산 결과, 도 3 에 도시된 최적의 구조에 의해서는 최대 주응력이 13% 만큼 감소될 수 있다고 나타났다.
도시된 실시예에서는, 홈 바닥 (17) 으로부터 홈 측면 (15, 16) 의 하단부까지의 간격 및 블레이드 홈 (14) 의 폭이 상호 약 0.48 의 비율로 기재되어 있다. 상기 원호 부 (18, 19) 의 반경은 홈 바닥 (17) 으로부터 홈 측면 (15, 16) 의 하단부까지의 간격의 0.56배이다. 블레이드 홈 (14) 의 대칭선으로부터 상기 원호 부 (18, 19) 의 중심점까지의 수평 간격은 상기 블레이드 홈 (14) 의 폭의 0.35배이다. 원호 부 (18, 19) 의 중심점으로부터 홈 바닥 (17) 까지의 수직 간격은 상기 원호 부 (18, 19) 의 반경의 0.95배이다.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 캠 샤프트 조정기의 블레이드 홈을 보여준다.
도 3 에 도시된 실시예와 달리, 도 4 의 블레이드 홈은 홈 측면 (26, 27) 영역에 하중 경감 절단면 (28, 29) 을 포함한다. 이 하중 경감 절단면 (28, 29) 이 상기 홈 측면 (26, 27) 의 홈 바닥측 단부 (30, 31) 로부터 이격되어 있으므로, 상기 영역에서는 하나의 블레이드가 상기 홈 측면 (26, 27) 에 인접하여 가이드 된다.
상기 하중 경감 절단면 (28, 29) 은 적어도 부분적으로 반경 (32) 을 갖는 원호 부로 형성되었다. 상기 하중 경감 절단면 (28, 29) 의 홈 바닥측 단부, 즉 도 4 의 하단부는 홈 측면 (26, 27) 에 대해서 거의 수직으로 신장한다. 반대편 단부, 즉 도 4 의 하중 경감 절단면 (28, 29) 의 상단부는 홈 측면 (26, 27) 에 대해 접선 방향으로 신장되어 있다. 상기 하중 경감 절단면 (28, 29) 의 반경 (32) 이 홈 바닥 (35) 영역에 있는 원호 부 (33, 34) 의 반경과 적어도 부분적으로 일치하기 때문에, 상부 홈 에지로부터 출발하는 힘 흐름이 추가의 호에서 방향 전환됨으로써, 결과적으로 에지 영역, 특히 도 4 의 좌측에 도시된 원호 부 (33) 근처에서는 응력 집중의 발생이 방지된다.
상기 홈 바닥 (35) 영역에 있는 원호 부 (33, 34) 의 반경 (36) 은, 상기 원호 부 (33, 34) 가 상기 하중 경감 절단면 (28, 29) 의 원호 부 내부로 접선 방향으로 유입되도록 선택된다.
도시된 실시예에서 상기 하중 경감 절단면 (28, 29) 영역에 있는 원호 부의 반경 (32) 은 홈 높이 (37) 의 0.81배이다. 홈 바닥 (35) 영역에 있는 원호 부 (33, 34) 의 반경 (36) 은 상기 하중 경감 절단면 (28, 29) 영역에 있는 원호 부의 반경 (32) 의 0.24배이다.
계산 결과, 상기 제 2 실시예에 따른 최적 구조에 의해서는 응력이 30% 만큼 감소된 것으로 나타났다.
본 발명에 의해, 응력이 보다 적게 발생되는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기 를 제공할 수 있게 되었다.

Claims (12)

  1. 블레이드 홈 내부에 삽입되어 방사형으로 돌출하는 다수의 블레이드를 구비하고, 캠 샤프트와 연결될 수 있는 회전자, 및 고정자를 포함하며, 하나의 블레이드 홈이 홈 측면, 홈 바닥 그리고 상기 홈 측면을 후방에서 절단하면서 라운딩 처리된 상기 홈 측면과 상기 홈 바닥 사이의 천이 영역을 포함하는, 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기에 있어서,
    상기 라운딩 처리된 천이 영역이 적어도 부분적으로는 상기 홈 바닥 (17, 35) 을 후방에서 절단하는 원호 부 (18, 19, 33, 34) 로 형성되는 것을 특징으로 하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈 바닥 (17) 으로부터 상기 홈 측면 (15, 16) 의 하단부까지의 간격 (23) 및 홈 폭이 상호 0.4 내지 0.55의 비율로, 특히 거의 0.48 의 비율로 존재하는 것을 특징으로 하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 원호 부들의 반경 (24) 이 홈 바닥 (17) 으로부터 상기 홈 측면 (15, 16) 의 하단부까지의 간격 (23) 의 0.5배 ~ 0.6배, 특히 0.56배인 것을 특징으로 하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드 홈 (14) 의 대칭선으로부터 상기 원호 부 (18, 19) 의 중심점까지의 수평 간격 (21) 이 상기 블레이드 홈 (14) 의 폭 (20) 의 0.3배 ~ 0.4배, 특히 0.35배인 것을 특징으로 하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원호 부 (18, 19) 의 중심점으로부터 홈 바닥 (17) 까지의 수직 간격 (22) 이 상기 원호 부 (18, 19) 의 반경 (24) 의 0.90배 ~ 0.99배, 특히 0.95배인 것을 특징으로 하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 홈 측면 (26, 27) 이 하나의 하중 경감 절단면 (28, 29) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하중 경감 절단면 (28, 29) 이 상기 홈 측면 (26, 27) 의 홈 바닥측 단부 (30, 31) 로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 하중 경감 절단면 (28, 29) 이 적어도 부분적으로는 원호 부로 형성되는 것을 특징으로 하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하중 경감 절단면 (28, 29) 의 홈 바닥측 단부는 홈 측면 (26, 27) 에 대해서 거의 수직으로 신장되어 있고, 상기 하중 경감 절단면 (28, 29) 의 반대편 단부는 홈 측면에 대해서 접선을 따라 진행하는 것을 특징으로 하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 원호 부 (33, 34) 가 상기 하중 경감 절단면 (28, 29) 의 원호 부 내부로 접선 방향으로 유입되도록, 상기 홈 바닥 (35) 영역에 있는 상기 원호 부의 반경 (36) 이 선택되는 것을 특징으로 하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하중 경감 절단면 (28, 29) 영역에 있는 원호 부의 반경 (32) 이 홈 높이 (37) 의 0.75배 ~ 0.85배, 특히 0.81배인 것을 특징으로 하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈 바닥 (35) 영역에 있는 원호 부 (33, 34) 의 반경 (36) 이 상기 하중 경감 절단면 (28, 29) 영역에 있는 원호 부의 반경 (32) 의 0.20배 ~ 0.28배, 특히 0.24배인 것을 특징으로 하는 블레이드 셀-캠 샤프트 조정기.
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